Water permeability of concrete - effect of tests conditions on coefficient from depth penetration method

• Autorzy: Śliwiński J.

Warianty tytułu

PL

Przesiąkliwość betonu wodą - wpływ warunków badania na wartość współczynnika prędkości przepływu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the parameters for estimating water permeability of concrete can be the so-called coefficient from depth penetration method. This coefficient expresses a fictitious velocity of water front movement in the material under water pressure from one side. In the paper the results of the research on how test conditions of estimating this coefficient affect its value have been presented. The effect of water pressure applied (in the range of 0,2 - 1,2 MPa) and its duration time (from 1 to 6 days) has been analysed. The material tested was a typical class B 30 concrete made of portland cement with no additives with granite aggregate. The results of the investigations have proved that the parameters in question do affect the experimentally estimated coefficient from depth penetration method. Generally, the lower the pressure used in test and the shorter its duration, the higher the coefficient. Consequently, water permeability of concrete is estimated to be higher. However, this influency is not quantitatively constant. It was found that when the pressure and the time product, in MPa and days respectively, is higher than 2,0 the effect is negligibly small. However, when the product is lower than 2,0 the effect is quite considerable. Under extremely low pressure (0,2 MPa) and over extremely short its duration period (1 day) the coefficient from depth penetration method for the same material can assume the value even four times higher than that established under higher pressure and over a longer period of its duration. Since with the increase in pressure and its duration the water penetration depth increases, the main reason of the tendency, observed and evaluated quantitatively, was found to be the increased water flow resistance in the porous material, obviously leading to decreasing the water front velocity.

PL

Jednym z parametrów oceny przesiąkliwości betonu wodą może być, często ostatnio stosowany przez różnych autorów, tzw. współczynnik prędkości przepływu (ang. coefficient of water permeability from depth penetration method). Współczynnik ten wyraża średnią wartość fikcyjnej prędkości przemieszczania się frontu wody w materiale pod wpływem jednostronnego jej oddziaływania pod ciśnieniem. Oblicza się go na podstawie znanej maksymalnej głębokości penetracji wody oraz znanej historii obciążenia próbek wodą. W licznych publikacjach współczynnik ten jest traktowany jako stała materiałowa. W artykule przedstawiono wyniki badań mających na celu zweryfikowanie istnienia oraz ilościową ocenę wpływu warunków doświadczalnej oceny tego współczynnika na jego wartość. Przeanalizowano wpływ wielkości dwóch podstawowych czynników opisujących te wartości, a mianowicie: stosowanego ciśnienia wody oraz czasu jego trwania. Rozpatrywane wielkości ciśnienia zawierały się w granicach od 0,2 do 1,2 MPa, czasu zaś jego oddziaływania od 1 do 6 dób. Materiałem służącym do oceny wspomnianego wpływu był typowy beton klasy B 30 wykonany z cementu portlandzkiego bez dodatków i z kruszywa granitowego o maksymalnym ziarnie 16 mm. Badania przesiąkliwości wykonane były po 28 dniach dojrzewania. Stosowano próbki kostkowe 150x150x150 mm, przygotowane w sposób zalecany przy badaniu normowego stopnia wodoszczelności według PN-88/B-06250. Pomiary maksymalnej głębokości penetracji wody i obliczone na jej podstawie wartości analizowanego współczynnika prędkości przepływu dotyczyły 19 wariantów par "ciśnienie - czas jego trwania", pokrywających w sposób quasi-równomierny dziedzinę eksperymentu. Każdemu z wariantów obciążenia poddano serię 9 próbek. Badania prowadzono w urządzeniu umożliwiającym uzyskanie ciśnienia wody w granicach od 0,05 do 4,5 MPa. Urządzenie to wyposażone jest w elektroniczny układ automatycznej stabilizacji ciśnienia z dokładnością +/- 0,25% jego aktualnej wartości. Wyniki badań wykazały, że analizowane parametry mają wpływ na ocenianą doświadczalnie wartość współczynnika prędkości przepływu. Wpływ ten opisano równaniem regresji w postaci wielomianu drugiego stopnia: kv=22,02-15,77p-4,52t+3,31p2+1,62pt+0,30t2, gdzie kv - współczynnik prędkości przepływu [E - 11 m/s], p - ciśnienie wody [MPa], t - czas trwania ciśnienia [doby]. Stopień dopasowania podanej wyżej funkcji do wyników badań charakteryzują wysokie wartości współczynników korelacji r=0,948. W efekcie stwierdzono generalną tendencję, że im mniejsza jest wartość stosowanego podczas badań ciśnienia wody i im krótszy jest czas jego trwania, tym większy uzyskuje się współczynnik prędkości przepływu dla samego materiału. Stwierdzono także, że pod względem ilościowym określony wpływ nie jest stały. Przeanalizowano zależność współczynnika kv od iloczynu ciśnienia i czasu, wyrażonych odpowiednio w MPa i dobach, wskazuje, że w przypadku gdy iloczyn ten jest większy od około 2,0 wpływ warunków badania jest pomijalnie mały, podczas gdy przy wartościach poniżej około 2,0 ujawnia się on bardzo wyraźnie. W warunkach charakteryzujących się skrajnie niskim, spośród stosowanych, ciśnieniem (0,2 MPa) i skrajnie krótkim czasem jego oddziaływania (1 doba), współczynnik prędkości przepływu kv może dla tego samego materiału przyjmować wartość nawet czterokrotnie większą, niż w warunkach większego ciśnienia i dłuższego czasu jego trwania. Ponieważ wzrostowi ciśnienia i wydłużaniu się czasu jego oddziaływania towarzyszy wzrost głębokości penetracji wody, jako główny powód stwierdzonej i ocenionej ilościowo tendencji uznano wzrost oporów przepływu w materiale porowatym i tym samym obniżanie się średniej prędkości przemieszczania się w nim frontu wody. Na tle uzyskanych wyników sformułowano także sugestie dotyczące prowadzenia porównawczych badań przesiąkliwości betonu charakteryzowanej tytułowym współczynnikiem.

Słowa kluczowe

PL

beton; przesiąkliwość; badanie; współczynnik prędkości przepływu

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 47, nr 2
• Strony: 201--213
• Opis fizyczny: Bibliogr.18 poz., il.

Twórcy

autor

Śliwiński J.

• Cracow University of Technology, Institute of Building Materials and Structures, Cracow

Bibliografia

• 1. O.E. GJØRV, Performance criteria for concrete durability. The norwegian experience, L'industria italiana del cemento, 6, 446-454, 1996.
• 2. J. BILČIK, I. CHANDLER, Permeability of concrete as standardized parameter for its durability, Proc. Int. Conf. Failures of Concrete Structures, T. JAVOR [Ed.], Štrbske Pleso, Slovakia, 52-57, 1993.
• 3. J. ŚLIWIŃSKI, K. WITEK, Methods of measuring of parameters describing watertightness of concrete [in Polish], Inżynieria i Budownictwo, 10, 467-470, 1994.
• 4. PN-88/B-06250 Ordinary concrete [in Polish].
• 5. DIN 1045/5 Prüfverfahren für Beton; Festbeton. gesondert herqesiellte Probekörper, 1991.
• 6. T.C. POWERS, L.E. COPELAND, J.C. HAYES, H.M. MANN, Permeability of portland cement paste, Journal of the ACI, 26, 1, 285-298, 1954.
• 7. A. BISAILLON, V.M. MALHOTRA, Permeability of concrete using a uniaxial water-flow method, Proc. ACI SP 108-10 Permeability of Concrete, D. WHITING and A. WALLIT [Eds.], 1987, 175-193.
• 8. O. VALENTA, Water permeability and water penetration into concrete [in Czech], Stavebnicky Ćasopis, 18, 626-638, 1970.
• 9. S.E. HEDEGAARD, T.C. HANSEN, Water permeability of fly ash concretes, Materials and Structures, 25, 381-387, 1992.
• 10. L. HEBDA, Possibilities of application of limestone aggregates for non-massive waterproof concretes [in Polish], Proc. of IIIrd National Conf. Design and Technology of Realisation of Concrete Tanks and Concrete Shell Structures, Cracow University of Technology, 60-69, 1990.
• 11. J. KUCZYŃSKI, Watertightness of concrete tanks in theory and practice [in Polish], Reports of Institute of Civil Engineering, Wrocław University of Technology, 19, 1976.
• 12. P. JENSEN, Le problème de la durabilité des structures en béton confrontée a un environnement particulièrement hostile, Annales de l'ITBTP, 505, 1992.
• 13. Z. KLEDYŃSKI, Integration and interdependence of chosen concrete watertightness criterions [in Polish], Reports of Warsaw University of Technology, 122, 1993.
• 14. J. MURATA, Studies on a method of testing the permeability of concrete, Proc. III Japan Cong. on Testing Materials, 129-133, 1960.
• 15. J. CABRERA, Specifying concrete for high performance and long term durability, L'industria italiana del cemento, 7-8, 630-641, 1998.
• 16. J. VUORINEN, Applications of diffusion theory to permeability tests of concrete. Part I. Depth of water penetration into concrete and coefficient of permeability, Magazine of Concrete Research, 37, 132, 145-152, 1985.
• 17. B.K. NYAME, J.M. ILLSTON, Relationships between permeability and pore structure of hardened cement paste, Magazine of Concrete Research, 33, 116, 139-146, 1981.
• 18. D.C. HUGHES, Pore structure and permeability of hardened cement paste, Magazine of Concrete Research, 37, 133, 227-233, 1985.